Общие препятствия в проектировании ПКЖ с высоким содержанием (HDI)

 путают порядок HDI-сборки с общим количеством слоев печатной платы.

Распространенный сценарий: при проектировании BGA-компонента с шагом 0,4 мм инженер выбирает сборку HDI первого порядка. После завершения трассировки обнаруживается недостаточное пространство для разводки BGA. Это вынуждает к полной переработке сборки и повторному изготовлению платы, что приводит к задержкам в сроках проекта. Другая частая проблема — нечеткое различие между стекированными и смещенными переходными отверстиями. Если в производственной документации не указан тип переходного отверстия, производитель печатных плат может применить неправильный процесс, что приведет к неработоспособным платам и задержкам проекта.

Широко распространенное заблуждение: порядок HDI равен общему количеству слоев печатной платы. На самом деле, порядок HDI относится к количеству последовательных циклов внешней сборки, и он не имеет прямой связи с тем, сколько слоев имеет готовая печатная плата.

Слепые, скрытые и сквозные переходные отверстия: ключевые различия

【Изображение 2 | Диаграмма поперечного сечения: сравнение слепых, скрытых и сквозных переходных отверстий】

1. Слепое переходное отверстие

Слепые переходные отверстия сверлятся лазером с верхней или нижней внешней поверхности и заканчиваются на указанном внутреннем слое, не проникая через всю печатную плату. Только с одной стороны платы видно отверстие переходного отверстия, а с противоположной стороны отверстия нет. Пример на 8-слойной печатной плате: переходные отверстия, соединяющие L1-L2 или L8-L7.Преимущества: Короткая длина переходного отверстия создает минимальный эффект штыря, уменьшая отражения для высокоскоростных сигналов. Слепые переходные отверстия не занимают контактные площадки с противоположной стороны, что делает их основным решением для разводки BGA.Производство: Изготавливаются методом лазерного сверления.

2. Скрытое переходное отверстие

Скрытые переходные отверстия полностью скрыты внутри ламината печатной платы, между внутренними слоями сердечника. На верхней или нижней поверхности не видно отверстий переходных отверстий. Пример на 8-слойной печатной плате: переходные отверстия между L2-L3 и L4-L5. Производственный процесс: сначала сверлятся и покрываются медью переходные отверстия на отдельных внутренних сердечниках, затем все сердечники ламинируются вместе. После ламинирования эти переходные отверстия становятся полностью закрытыми.Преимущества: Скрытые переходные отверстия не занимают площадь контактных площадок на поверхности и обеспечивают наименьшую паразитарную индуктивность, что идеально подходит для высокоскоростных цепей.

3. Сквозное переходное отверстие

Сквозные переходные отверстия сверлятся прямо от верхнего слоя до нижнего слоя, проходя через все слои печатной платы. Отверстия переходных отверстий видны с обеих сторон готовой платы.

Что такое порядок HDI?

【Изображение 3 | Сравнение сборки HDI: 1+N+1, 2+N+2, 3+N+3, Any-Layer】 Критическое правило:Порядок HDI ≠ общее количество слоев печатной платы. Порядок HDI подсчитывает количество циклов сборки (ламинирование + формирование слепых лазерных переходных отверстий), применяемых к внешним слоям.

1. HDI 1-го порядка | Обозначение: 1+N+1

Один внешний цикл сборки. Слепые переходные отверстия могут соединять только смежные слои, такие как L1-L2 или Ln-L(n-1). Они не могут напрямую соединять L1 с L3 или пропускать несколько внутренних слоев. Структура: толстый сердечник с N внутренними слоями плюс один диэлектрический слой, ламинированный с каждой внешней стороны. Слепые лазерные переходные отверстия соединяют только соседние внешние слои.Рекомендуемый шаг BGA: ≥0,5 ммСтоимость: Самая низкая среди вариантов HDI. Зрелое массовое производство, широко используемое в потребительской электронике и платах промышленного управления.

2. HDI 2-го порядка | Обозначение: 2+N+2

Два цикла сборки, позволяющие прямое соединение от внешнего слоя до L3. Два типа HDI 2-го порядка, которые являются наиболее частым источником инженерных ошибок: 【Изображение 4 | Сравнение стекированных и смещенных переходных отверстий в разрезе】

• Стекированные переходные отверстия: Слепые переходные отверстия L1-L2 и L2-L3 вертикально выровнены, с заполнением медной платой на общем контактном элементе L2. Более короткий путь сигнала и меньший штырь. Недостатки: более высокая сложность выравнивания, немного более низкая надежность и более высокая стоимость.

  Важное примечание: заполнение медной платой обязательно для стекированных переходных отверстий. Только смоляное заполнение недопустимо.

• Смещенные переходные отверстия: Слепые переходные отверстия L1-L2 и L2-L3 смещены горизонтально, а не вертикально. Более простое производство, более высокий выход годных и дешевле, чем стекированные переходные отверстия. Компромисс: они занимают ценное пространство для трассировки в области BGA.

3. HDI 3-го порядка | Обозначение: 3+N+3

Три цикла сборки, поддерживающие соединения внешнего слоя до L4. Стекированные слепые переходные отверстия могут достигать глубины до трех слоев. Используется для BGA с ультратонким шагом (0,3 мм / 0,35 мм), чипов AI-вычислений и материнских плат высокоскоростных серверов. Стоимость заметно возрастает, а выход годных снижается.

4. Any-Layer HDI

Any-Layer HDI отказывается от традиционной архитектуры толстого N-сердечника. Печатная плата собирается слой за слоем. Слепые лазерные переходные отверстия могут располагаться между любыми соседними слоями, обеспечивая прямое соединение между любыми двумя слоями без сквозных переходных отверстий.Преимущества: Почти нулевой эффект штыря, высочайшая высокоскоростная производительность. Идеально подходит для BGA с шагом менее 0,3 мм.Недостатки: Премиальная цена. В основном используется на материнских платах смартфонов и высокопроизводительных картах ускорителей ИИ.

Основные рекомендации по проектированию HDI печатных плат

【Изображение 5 | Диаграмма разводки BGA, соответствующая шагу BGA и классу HDI】

1. Соответствие структуры HDI шагу BGA (самое важное правило выбора)

• Шаг ≥0,5 мм: достаточно HDI 1-го порядка. Избегайте ненужного перехода на 2-й порядок, который увеличивает стоимость.
• Шаг =0,4 мм: HDI 2-го порядка со смещенными переходными отверстиями является экономически эффективным вариантом. Переходите на стекированные HDI 2-го порядка только при крайне ограниченном пространстве для трассировки BGA.
• Шаг ≤0,35 мм: выбирайте HDI 3-го порядка или технологию Any-Layer.

2. Выбор между стекированными и смещенными HDI 2-го порядка Приоритет отдавайте смещенным переходным отверстиям, если вы ориентируетесь на стоимость и производственную надежность. Выбирайте стекированные переходные отверстия только при нехватке внутреннего пространства для трассировки BGA. Четко указывайте заполнение медной платой для стекированных переходных отверстий в чертеже изготовления.
3. Правила для лазерных слепых переходных отверстий и контактных площадок Минимальный диаметр слепого лазерного переходного отверстия: 0,1 мм (4 mil). Размер контактной площадки должен превышать диаметр отверстия на ≥6 mil, с минимальным кольцевым зазором 3 mil. Не проектируйте контактные площадки слепых переходных отверстий с теми же размерами, что и у сквозных переходных отверстий, так как это приводит к неэффективному использованию драгоценного пространства BGA.
4. Контроль штырей для высокоскоростных сигналов Более короткие слепые переходные отверстия создают меньшие штыри и меньшее отражение сигнала, улучшая целостность высокоскоростных сигналов. Стекированные переходные отверстия имеют более короткие пути, чем смещенные. Any-Layer HDI практически устраняет все штыри, подходит для DDR5, PCIe 5.0 и высокоскоростных SerDes-соединений.
5. Примечания к проектированию скрытых переходных отверстий Скрытые переходные отверстия сверлятся и покрываются медью на этапе внутреннего сердечника и не могут быть изменены лазерной обработкой после ламинирования. Скрытые переходные отверстия хорошо подходят для межсоединений внутренних слоев на большие расстояния. Для разводки BGA предпочтительнее слепые переходные отверстия для снижения паразитных эффектов.
6. Соотношение стоимости и сроков поставки Каждое повышение порядка HDI увеличивает стоимость печатной платы примерно на 30–50%, одновременно увеличивая сроки поставки и снижая выход годных. Принцип выбора: используйте 1-й порядок вместо 2-го, где это возможно; предпочитайте смещенные переходные отверстия стекированным; используйте 2-й порядок вместо Any-Layer, когда это возможно.
7. Четко документируйте требования к сборке Многие инженеры экспортируют только файлы последовательности слоев, не описывая конструкцию HDI. Всегда добавляйте производственные примечания, такие какHDI 1-го порядка 1+6+1 илиHDI 2-го порядка со смещенными переходными отверстиями 2+6+2 в ваш пакет изготовления. Без четких инструкций производитель плат применит свой стандартный процесс, который может не соответствовать вашему дизайну и привести к браку плат.